2.Термодинамический процесс. Температура. Термодинамическое равновесие.

Термодинамическая система – совокупность тел любой физической природы и любого химического состава, характеризуемая некоторым числом макроскопических параметров. Совокупность конкретных значений этих параметров задаёт макросостояние системы. Для дальнейшего нам потребуется понятие микросостояния, которое определяется заданием координат и импульсов всех входящих в систему частиц. Одному макросостоянию может соответствовать множество микросостояний. Состояние системы называется равновесным, если оно является стационарным (неизменным во времени) и при этом не поддерживается внешними причинами (например, затратами энергии со стороны внешних тел).

Процесс, при котором изменяется значение хотя бы одного из макропараметров системы, называется термодинамическим процессом. Если при этом система проходит непрерывный ряд равновесных состояний, то процесс называется равновесным. Реальные процессы неравновесны, но достаточно медленно текущие процессы можно считать равновесными.

Важную роль в термодинамике и других разделах физики играет понятие температуры. Представление о температуре вошло в науку через чувственное восприятие, однако, в основу количественного её измерения должны быть положены объективные физические закономерности. В феноменологическом подходе к тепловым явлениям можно определить понятие температуры на основе конкретных примеров и последующего обобщения. Если приведены в соприкосновение два тела, имеющие разную степень нагретости (разные температуры), то горячее тело будет охлаждаться, а холодное нагреваться до тех пор, пока в этой системе не прекратятся всякие макроскопические изменения. В таком случае говорят, что тела пришли в состояние термодинамического равновесия и имеют одинаковую температуру. Вообще в термодинамике на основе обобщения опытных данных как постулат принимается следующее утверждение: любая изолированная система (т.е. система, не обменивающаяся с окружением веществом и энергией) через определённое время обязательно приходит в состояние термодинамического равновесия и самопроизвольно выйти из него не может. Этот постулат называют ещё нулевым началом термодинамики.

Опыт показывает, что в состояние равновесия в конце концов приходит любое число соприкасающихся тел. Если какие-то два тела находятся порознь в равновесии с третьим телом, то они будут и в равновесии между собой. Поэтому для сравнения температур тел А и В можно не приводить их в непосредственный контакт друг с другом, а использовать третье тело С, поочерёдно приведя его в контакт с А и В. Если же дополнительно ещё и установить температурную шкалу, то можно не только сравнивать, но и измерять температуры тел, выражая их в определённых единицах измерения. Правила, по которым каждой температуре ставится в соответствие определённое число, могут быть различны. В повседневной практике, например, удобно использовать шкалу Цельсия, а в физике используется абсолютная термодинамическая шкала температур – шкала Кельвина, по которой самая низкая температура называется абсолютным нулём.

Таким образом, в термодинамике температура характеризует направление теплообмена между телами. Но у температуры есть и другой смысл, верно угаданный ещё Ломоносовым: температура связана с непрерывным хаотическим движением частиц вещества. Этот подход последовательно развивался в статистической физике и стал общепризнанным прежде всего благодаря работам Больцмана и Максвелла. Возможность интерпретации тепловых явлений в хорошо известных терминах механики (кинетическая энергия, скорость, импульс молекул и т.д.) – одно из величайших достижений науки. Однако, по мере углубления знаний о состоянии вещества при низких температурах в начале 20 в. стало ясно, что для объяснения сложных явлений вблизи абсолютного нуля необходим новый, а именно квантовый подход.